Ústav automobilního a dopravního inženýrství Datové sběrnice CAN Brno, Česká republika
Obsah Úvod Sběrnice CAN Historie sběrnice CAN Výhody Sběrnice CAN Přenos dat ve vozidle s automatickou převodovkou Základní oblasti použití datových sběrnic Jednotka s podporou datové sběrnice CAN Průběh datového přenosu Přenos dat Pole datového protokolu Datový protokol, Modelový příklad (vypínač a žárovka) 2
Úvod Se zvyšujícími se požadavky automobilního průmyslu na bezpečnost jízdy, jízdní komfort, nízký obsah škodlivin ve výfukových plynech a malou spotřebu paliva, roste užití elektronických systémů v konstrukci automobilu. Současná koncepce motorových vozidel zahrnuje několik řídících jednotek, které komunikují s jednotlivými snímači, čidly a akčními členy. Jelikož většina řídících procesů vyžaduje při vyhodnocování podmínek různé kombinace informací z různých členů systému, je výhodné propojit všechny tyto členy a řídící jednotky dohromady jedinou páteřní sítí, která ponese všechny informace zaráz a jednotlivé členy si budou vybírat pouze data, potřebná pro jejich funkci.
Sběrnice CAN CAN Controller Area Network BUS sběrnice CAN BUS datová sběrnice využívaná pro vzájemnou komunikaci funkčních jednotek v automobilu. Lze přirovnat k počítačové síti, jejíž maximální přenosová rychlost je v současnosti 1 Mbit/s.
Historie sběrnice CAN vyvinut v roce 1983 firmou Robert Bosch GmbH pro automobilový průmysl. prvně užit v sériové výrobě v roce 1986, na osobním voze BMW 850 coupe, Zavedením CAN BUS v konstrukci tohoto vozu se tak ušetřily až 2km kabelů, polovina konektorů a hmotnost auta se snížila až o 50kg. Brzy našel uplatnění i v průmyslové automatizaci http://www.autoalarmy.cz/clanky/co-je-to-can-bus.html
Výhody Sběrnice CAN snížení množství kabelů, tím i úspora místa, hmotnosti a výrobních nákladů jednoduchá možnost rozšiřování o nové funkční jednotky (připojí se na CAN BUS a implementace probíhá pouze na softwarové úrovni) normalizovaná na celém světě (výměna dat možna i mezi jednotkami různých výrobců) zjednodušení servisní diagnostiky kabeláž s CAN BUS kabeláž bez CAN BUS
Přenos dat ve vozidle s automatickou převodovkou Data, přenášená pomocí jednotlivých vodičů (bez CAN BUS) Jeden vodič je určen k přenosu jednoho druhu informace Řídící jednotka motoru Otáčky motoru Spotřeba paliva Poloha škrtící klapky Zásah do motoru Informace o řazení Řídící jednotka automatické převodovky Data, přenášená pomocí datové sběrnice CAN Veškeré informace jsou vedeny jen po dvou vedeních (CAN high, CAN low) Otáčky motoru Spotřeba paliva Poloha škrtící klapky Zásah do motoru Informace o řazení
Přenos dat ve vozidle s automatickou převodovkou řídící jednotka motoru s řadičem CAN a vysílačem CAN řídící jednotka automatické převodovky s řadičem CAN a vysílačem CAN vedení datové sběrnice ukončení datové sběrnice
Základní oblasti použití datových sběrnic Datová sběrnice hnacího ústrojí zahrnuje propojení následujících řídicích jednotek: řídicí jednotku motoru řídicí jednotku ABS řídicí jednotku automatické převodovky Datová sběrnice komfortní elektriky zahrnuje propojení: centrální řídicí jednotky komfortní elektriky řídicí jednotky komfortní elektriky dveří Datová sběrnice mobilních a komunikačních zařízení zahrnuje možnosti připojení mobilního telefonu, navigačního systému a autorádia
Jednotka s podporou datové sběrnice CAN Mikrokontroler Srdce řídící jednotky, vyhodnocuje, přijímá a posílá data Řadič CAN obdrží z mikrokontroleru data na odeslání, připravuje a předává na vysílač CAN. od vysílače dostává přijímaná data, sejmutá z vedení datové sběrnice, které připraví pro mikrokontroler linková vrstva protokolu CAN Budič CAN (přijímač a vysílač) převádí data řadiče CAN na elektrické signály sběrnice a naopak přijímá signály, které mění na data řadiče fyzická vrstva protokolu CAN Vedení datové sběrnice provedeno kroucenou dvoulinkou pro zamezení rušení a tím i porušení datové zprávy Ukončení datové sběrnice provedeno pomocí rezistorů, zabraňujících odrazům elektrických signálů
Průběh datového přenosu Příprava dat zprávy (data) vycházejí vždy z řídící jednotky, která je předává svému řadiči (data na odeslání) Poslání dat řadič CAN pošle tyto data do vysílače CAN, který data promění na sériové elektrické signály a pošle je dál Přijetí dat odeslaná data jsou přijímána ostatními řídícími jednotkami, zapojenými do sítě Kontrola dat ostatní řídící jednotky prověřují, zda jsou přijatá data pro jejich činnost potřebná Převzetí dat jestliže jsou přijatá data pro řídící jednotku potřebná, převezme je a dále je zpracuje v opačném případě na data řídící jednotka nereaguje
Přenos dat Datový protokol (zpráva) je přenášen mezi řídícími jednotkami ve velmi krátkých časových intervalech složen z mnoha po sobě jdoucích bitů, počet bitů závisí na velikosti datového pole stavba datového protokolu je na obou vedeních datových sběrnic stejná počáteční pole (1 bit) řídící pole (6 bit) potvrzovací pole (2 bit) stavové pole (11 bit) nevyužito (1 bit) datové pole (max. 64 bit) kontrolní pole (16 bit) ukončovací pole (7 bit) datový rámec (datový protokol) směr přenosu
Pole datového protokolu Počáteční pole (Start of Frame) označuje počátek datového protokolu Stavové pole (Arbitration Field) stanovuje prioritu datového protokolu Řídící pole (Control Field) obsahuje jako kód počet informací, které jsou obsaženy v datovém poli Datové pole (Data Field) přenášeny informace, které jsou důležité pro ostatní řídící jednotky Kontrolní pole (CRC Field) CRC = Cyclical Redundancy Check zjišťování chyb v přenosu založeno na cyklickém výpočtu kontrolního kódu před přenosem a po přenosu dat Potvrzovací pole (ACK Field) ACK = ACKnowledgement příjemce potvrzuje správné přijetí zprávy objektu, který ji vyslal jestliže se ve zprávě vyskytne chyba, dojde ihned k opětovnému poslání Okončovací pole (End of Frame) vysílač kontroluje datový protokol a potvrdí vysílacímu objektu správnost zprávy jestliže zpráva není v pořádku, dojde ihned k přerušení a opakovanému zahájení přenosu
Datový protokol, Modelový příklad (vypínač a žárovka ) protokol je tvořen mnoha za sebou jdoucími bity, nabývajícími hodnot 0 nebo 1, pomocí nichž lze v binární číselné soustavě dosáhnout jakéhokoliv čísla Každý bit má 2 funkční stavy: FS 1 FS 0 žárovka nesvítí vypínač je rozepnut na vypínači je napětí U=5 V Analogie s CAN BUS Vypínač = vysílač(transmitter) žárovka = přijímač (receiver) Žárovka svítí vypínač je sepnut na vypínači je napětí U=0 V
Datový protokol, Modelový příklad (vypínač a žárovka ) FS 1 vysílací část CAN-Transceiveru neaktivní (vypínač rozepnut) napětí na vedení datové sběrnice asi 5 V FS 0 vysílací část CAN-Transceiveru aktivní (vypínač sepnut) napětí na vedení datové sběrnice asi 0 V Systém se dvěma bity (analogie, poloha škrtící klapky) Možné stavy 1. bit 2. bit Graficky Informace o poloze škrtící klapky FS 1 0 V 0 V 20 FS 2 0 V 5 V 40 FS 3 5 V 0 V 60 FS 4 5 V 5 V 80
Děkuji za pozornost!